±800kV酒湖線沙漠地區輸電線路基礎設計研究

摘要：±800kV酒湖線在甘肅武威段經過騰格里沙漠地區，在風積沙地段鐵塔基礎設計過程中，現行基礎設計技術規定并未針對這種地質條件給出相應的指導意見。為保證風積沙地段桿塔基礎設計的安全經濟，結合以往工程實例及實驗，給出了風積沙上拔角及計算重度。針對風積沙地區的不良地質作用，提出了風積沙地區桿塔基礎防護措施。

關鍵詞：沙漠?風積沙?上拔角?防護措施?上拔計算

沙漠風積沙是在干旱、半干旱區形成的一種特殊性質的沙，其物理力學性質同水成沙及一般地區的砂土相比，有較大差別。沙漠地段地表覆蓋不同厚度的風積沙，沙體質地松散、具有一定的流動性。從我國典型沙漠風積沙地基工程性質看，不同區域沙漠風積沙地基的主要物理力學性能指標差異不大，風積沙地基整體各向均一性好。這就使得沙漠地區的風積沙地基的主要物理力學指標研究具有一定的普遍意義。風積沙地基常年飽受頻繁的風力搬運、堆積和風蝕，基礎有效控制埋深很難保證，從而影響線路的運行安全。

風積沙地區的不良地質作用主要為風蝕，風蝕作用對塔基穩定性的直接影響是迎風掏蝕現象：塔基迎風面在強烈的風蝕作用和塔基基座阻擋回流掏蝕作用下，掏蝕面積和深度將逐步擴大，當掏蝕深度達到一定程度時，基座迎風部位的土壓力就會減小，導致塔基基座失穩，嚴重危害輸電線路的安全運行。另一方面，現行的《架空輸電線路基礎設計技術規定》并未對松散風積沙地基抗拔性能的設計參數及運行后基礎防護給出指導意見，因此有必要對沙漠地區風積沙地基的桿塔基礎設計及基礎防護展開研究。

1?工程概況

±800kV酒湖線大致東西走向，線路路徑總長度約2387.4km，線路航空距離2062.5km，曲折系數1.16。本線路途經甘肅省、陜西省、重慶市、湖北省、湖南省，其中線路在甘肅省武威市境內線路36.04km穿越騰格里沙漠。沙漠成因為風積沙漠，地貌類型為半流動沙地。

2?風積沙地區基礎設計難點分析

板式基礎在風積沙地區的設計主要包含三個方面：上拔穩定計算、下壓穩定計算、傾覆穩定計算，其中下壓穩定計算與其他地質條件下板式基礎下壓穩定計算相同，風積沙地質條件下上拔穩定計算及傾覆穩定計算中涉及的兩個關鍵計算參數上拔角α及計算重度Ys現行《架空輸電線路基礎設計技術規定》并未給出相應的指導意見，因此有必要對以往工程設計實例及相關實驗數據進行總結研究，以合理確定上拔角α及計算重度Ys。

3?工程實例及實驗研究總結

某電力設計院在220kV臺塔線桿塔基礎設計過程中，通過室內模型試驗和現場真型基礎實驗相結合的方式，對風積沙地基的抗拔工作機理及有關物理力學參數進行了試驗和初步探討，最終在該工程中采用的風積沙基礎設計主要物理力學指標值為：計算重度γs=15kN/m3、上拔角α=10°。工程設計人員根據該地區風積沙的物理特性，充分考慮沙丘的移動性和表層風積沙的松散型，計算基礎上拔穩定時，將表層0.5m范圍內松散沙土重力予以扣除，計算出基礎底板尺寸和基礎埋深。

在500kV達豐線桿塔基礎設計中，設計人員為克服以往沙漠地區桿塔基礎設計時對地基土壤力學參數取值一般依據所謂“經驗數據”的盲目性，確保達豐線穿越風積沙地段線路桿塔基礎的經濟安全合理，對風積沙地基的抗拔工作機理及物理力學參數的取值進行了試驗和研究。通過室內模型試驗和室外原型試驗得出如下結論：（a）沙漠風積沙和普通沉積沙之間存在較大差別，并具有很多固有特性。（b）常年飽受頻繁的風力搬運和風蝕，砂體流動性大，基礎埋深很難保證，質地松散，穩定性差，基坑易于坍塌，盡管回填土較易恢復原狀，但其基礎設計也不適用“剪切法”。（c）風力搬運使地貌呈波浪型布局，至使砂包、砂溝、陽面，陰面的松散程度及含水率差別很大，最終導致其力學指標分散性極大。通過大量工程地質勘察試驗成果統計分析，主要力學指標內摩阻角￠=20°～35°之間。（d）綜合分析后，提出風積砂基礎設計主要物理力學指標采用值：計算重度：Ys=15.0kN/m3;計算上拔角：α=1/2￠=15°。

某電力設計院在準格爾至永圣域500kV線路工程中結合達豐線風積沙地基鐵塔基礎抗拔穩定試驗研究成果報告及以往工程運行調查資料，綜合分析后確定500kV準永線風積砂基礎設計主要物理力學指標采用值：計算重度：Ys=15.0kN/m3;計算上拔角：α=1/2￠=15°。

某研究單位針對我國西北地區沙漠分部廣泛的特點與西北地區設計院聯合開展完成包括寧夏毛烏素沙漠、新疆塔克拉瑪干沙漠、內蒙古庫不齊沙漠在內的多個沙漠風積沙基礎現場抗拔試驗，根據試驗得到的基礎極限抗拔承載力反算風積沙上拔角，對反算得出的上拔角進行數據分析，風積沙地基上拔角平均值為15.9°，標準差為1.5°，上拔角的平均值減去3倍標準差得出的數值為11.4°，由此推薦風積沙地基上拔角取10°～15°。

4?±800kV酒湖線風積沙設計參數取值

從以上工程設計實例及研究成果可以看出，風積沙地基上拔角在10°～15°之間，設計人員可以根據線路所處沙漠的流動性將上拔角劃分為兩類：具有流動性和半流動性沙漠的風積沙地基上拔角取為10°～12°，固定沙漠的風積沙地基上拔角取為13°～15°。針對±800kV酒湖線穿越沙漠為半流動沙丘的特點，在做桿塔基礎設計時，風積沙上拔角取為12°，并考慮扣除表層1m范圍內松散風積沙的重力，進一步確定基礎底板尺寸及埋深。

5?±800kV酒湖線沙漠地區基礎防護措施

針對該地區沙漠具有半流動性的特點，為了防止塔位處地基的風蝕和風積，在桿塔定位時盡量將塔基選于地質較為穩定的丘間地，避免在沙丘立塔，在基礎施工完畢后要求恢復地面植被，并采取防風固沙措施。

6?結論

6.1沙漠地區的風積沙與普通沉積沙存在較大差別，風積沙地基的上拔角不可采用普通沉積沙的上拔角進行桿塔基礎設計。

6.2沙漠風積沙砂體流動性大，質地松散，穩定性差，基坑易于坍塌，基礎設計也不應采用“剪切法”，推薦采用“土重法”進行桿塔基礎設計。

6.3?風積沙地基上拔角可根據線路所處沙漠的流動性分為兩類，具有流動性和半流動性沙漠的風積沙地基上拔角取為10°～12°，固定沙漠的風積沙地基上拔角取為13°～15°。

6.4沙漠地區桿塔定位時盡量將塔基選于地質較為穩定的丘間地，避免在沙丘立塔，桿塔基礎在施工完畢后應采取防護措施。

參考文獻

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]達—豐?500kV?輸電線路工程沙漠地基鐵塔基礎抗拔穩定研究成果報告[Z]山西省電力勘測設計院，內蒙古電力勘測設計院出版，1995-06.

作者簡介：路建輝（1987-），男，碩士研究生，工程師，從事高壓輸電線路設計工作。